芻議高層建筑結(jié)構(gòu)設計

1、<p>　　芻議高層建筑結(jié)構(gòu)設計</p><p>　　摘要：高層建筑在造型形式不斷翻新、高度記錄一再被打破的同時，其內(nèi)部空間構(gòu)成的模式也發(fā)生了很大的變化。建筑產(chǎn)品的這種系統(tǒng)的密集性、交叉性及最終的整體性，最主要的表現(xiàn)還是在高層建筑上。高層建筑的顯著特性是“高”，由于其“高”而引發(fā)了它與諸多不同于其它建筑的特點。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：高層建筑；高層建筑結(jié)構(gòu)設計；問題 &l

2、t;/p><p>　　中圖分類號：TU97文獻標識碼：A文章編號： </p><p><b>　　前言： </b></p><p>　　隨著高層建筑在我國的飛速發(fā)展，建筑高度的日益增加，建筑類型以及功能也日新月異，難度相對而言逐漸變大。結(jié)構(gòu)體系各式各樣，高層建筑結(jié)構(gòu)設計現(xiàn)在主要成為工程設計人員在設計上的工作重點和難點。本文主要對高層建筑結(jié)構(gòu)的特點進

3、行了分析。 </p><p>　　1．高層建筑結(jié)構(gòu)設計的意義及依據(jù) </p><p>　　1.1概念設計的意義 </p><p>　　高層建筑能做到結(jié)構(gòu)功能與外部條件一致，充分展現(xiàn)先進的設計，發(fā)揮結(jié)構(gòu)的功能并取得經(jīng)濟性的協(xié)調(diào)，更好地解決構(gòu)造處理，用概念設計來判斷計算設計的合理性。 </p><p>　　1.2概念設計的依據(jù) </p>

4、;<p>　　高層建筑結(jié)構(gòu)總體系與各分體系的工作原理和力學性質(zhì)，設計和構(gòu)造處理原則，計算程序的力學模型和功能，吸取或不斷積累的實踐經(jīng)驗。 </p><p>　　2．我國的高層結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展 </p><p>　　2.1鋼材的國產(chǎn)化 國內(nèi)鋼鐵企業(yè)根據(jù)我國高層建筑鋼結(jié)構(gòu)設計標準的要求，制訂我國一部高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的鋼材標準《高層建筑結(jié)構(gòu)用鋼板》(YB 4104-2000)，比目前仍

5、在實施的《低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼》(GB/ T1591-94)又前進了一步，其性能指標優(yōu)于國外同類產(chǎn)品。 </p><p>　　2.2 鋼結(jié)構(gòu)設計國產(chǎn)化 國家標準《高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ99-98)和《建筑抗震設計規(guī)范》(GB50011-2001)等有關(guān)高層建筑最大高度和最大高寬比的規(guī)定，在一般情況下，應遵守規(guī)范的規(guī)定，否則應進行專項論證或試驗研究。建設部第111號令《超限高層建筑工程抗震設防管理規(guī)定》

6、和建質(zhì)[2003]46號文《超限高層建筑工程抗震設防專項審查技術(shù)要點》，對加強高層建筑鋼結(jié)構(gòu)設計質(zhì)量控制意義重大，具有可操作性。 </p><p>　　2.3 高層及超高層結(jié)構(gòu)體系 對于高層建筑的劃分，建筑設計規(guī)范、建筑抗震設計規(guī)范、建筑防火設計規(guī)范沒有一個統(tǒng)一規(guī)定，一般認為建筑總高度超過24m為高層建筑，建筑總高度超過100m為超高層建筑。 </p><p>　　對于結(jié)構(gòu)設計來講，按照建

7、筑使用功能的要求、建筑高度的不同以及擬建場地的抗震設防烈度以經(jīng)濟、合理、安全、可靠的設計原則，選擇相應的結(jié)構(gòu)體系，一般分為六大類：框架結(jié)構(gòu)體系、剪力墻結(jié)構(gòu)體系、框架―剪力墻結(jié)構(gòu)體系、框―筒結(jié)構(gòu)體系、筒中筒結(jié)構(gòu)體系、束筒結(jié)構(gòu)體系。 </p><p>　　3．高層建筑結(jié)構(gòu)設計特點 </p><p>　　3.1水平荷載成為決定因素 </p><p>　　3.1.1一方面,

8、因為樓房自重和樓面使用荷載在豎構(gòu)件中所引起的軸力和彎矩的數(shù)值,僅與樓房高度的一次方成正比;而水平荷載對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩,以及由此在豎構(gòu)件中引起的軸力,是與樓房高度的兩次方成正比。 </p><p>　　3.1.2另一方面,對某一定高度樓房來說,豎向荷載大體上是定值,而作為水平荷載的風荷載和地震作用,其數(shù)值是隨結(jié)構(gòu)動力特性的不同而有較大幅度的變化。 </p><p>　　3.2軸向變形不容

9、忽視 </p><p>　　高層建筑中,豎向荷載數(shù)值很大,能夠在柱中引起較大的軸向變形,從而會對連續(xù)梁彎矩產(chǎn)生影響,造成連續(xù)梁中間支座處的負彎矩值減小,跨中正彎矩之和端支座負彎矩值增大;還會對預制構(gòu)件的下料長度產(chǎn)生影響,要求根據(jù)軸向變形計算值,對下料長度進行調(diào)整;另外對構(gòu)件剪力和側(cè)移產(chǎn)生影響,與考慮構(gòu)件豎向變形比較,會得出偏于不安全的結(jié)果。 </p><p>　　3.3側(cè)移成為控制指標 &

10、lt;/p><p>　　與較低樓房不同,結(jié)構(gòu)側(cè)移已成為高樓結(jié)構(gòu)設計中的關(guān)鍵因素。隨著樓房高度的增加,水平荷載下結(jié)構(gòu)的側(cè)移變形迅速增大,因而結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的側(cè)移應被控制在某一限度之內(nèi)。 </p><p>　　3.4結(jié)構(gòu)延性是重要設計指標 </p><p>　　相對于較低樓房而言,高樓結(jié)構(gòu)更柔一些,在地震作用下的變形更大一些。為了使結(jié)構(gòu)在進入塑性變形階段后仍具有較強的

11、變形能力,避免倒塌,特別需要在構(gòu)造上采取恰當?shù)拇胧?來保證結(jié)構(gòu)具有足夠的延性。 </p><p>　　4．高層建筑結(jié)構(gòu)的設計過程 </p><p>　　結(jié)構(gòu)設計的階段大體可以分為三個階段，結(jié)構(gòu)方案階段，結(jié)構(gòu)計算階段和施工圖設計階段。 </p><p>　　4.1方案階段的內(nèi)容為：根據(jù)建筑的重要性，建筑所在地的抗震設防烈度，工程地質(zhì)勘查報告，建筑場地的類別及建筑的高度

12、和層數(shù)來確定建筑的結(jié)構(gòu)形式（例如，磚混結(jié)構(gòu)，框架結(jié)構(gòu)，框剪結(jié)構(gòu)，剪力墻結(jié)構(gòu)，筒體結(jié)構(gòu)，混合結(jié)構(gòu)等等以及由這些結(jié)構(gòu)來組合而成的結(jié)構(gòu)形式）。確定了結(jié)構(gòu)的形式之后就要根據(jù)不同結(jié)構(gòu)形式的特點和要求來布置結(jié)構(gòu)的承重體系和受力構(gòu)件。 </p><p>　　4. 2結(jié)構(gòu)計算階段的內(nèi)容為：首先，荷載的計算。荷載包括外部荷載（例如，風荷載，雪荷載，施工荷載，地下水的荷載，地震荷載，人防荷載等等）和內(nèi)部荷載（例如，結(jié)構(gòu)的自重荷載，使

13、用荷載，裝修荷載等等）上述荷載的計算要根據(jù)荷載規(guī)范的要求和規(guī)定采用不同的組合值系數(shù)和準永久值系數(shù)等來進行不同工況下的組合計算。其次，構(gòu)件的試算。根據(jù)計算出的荷載值，構(gòu)造措施要求，使用要求及各種計算手冊上推薦的試算方法來初步確定構(gòu)件的截面。 </p><p>　　4. 3再次，內(nèi)力的計算，根據(jù)確定的構(gòu)件截面和荷載值來進行內(nèi)力的計算，包括彎矩，剪力，扭矩，軸心壓力及拉力等等。最后，構(gòu)件的計算。根據(jù)計算出的結(jié)構(gòu)內(nèi)力及規(guī)

14、范對構(gòu)件的要求和限制（比如，軸壓比，剪跨比，跨高比，裂縫和撓度等等）來復核結(jié)構(gòu)試算的構(gòu)件是否符合規(guī)范規(guī)定和要求。如不滿足要求則要調(diào)整構(gòu)件的截面或布置直到滿足要求為止。 </p><p>　　5．高層建筑結(jié)構(gòu)設計的基本要求 </p><p>　　5.1結(jié)構(gòu)的規(guī)則性 </p><p>　　5.1.1不應采用嚴重不規(guī)則的結(jié)構(gòu)體系。建筑設計應符合抗震概念設計的要求，不應采用

15、嚴重不規(guī)則的設計方案。高層建筑不應采用嚴重不規(guī)則的結(jié)構(gòu)體系，應符合下列要求: 5.1.1.1應具有必要的承載能力、剛度和變形能力； </p><p>　　5.1.1.2應避免因部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的破壞而導致整個結(jié)構(gòu)喪失承受重力荷載、風荷載和地震作用的能力； </p><p>　　5.1.1.3對可能出現(xiàn)的薄弱部位，應采取有效措施予以加強。 </p><p>　　5.1.

16、2高層建筑的結(jié)構(gòu)體系尚宜符合下列要求： </p><p>　　5.1.2.1結(jié)構(gòu)的豎向和水平布置宜具有合理的剛度和承載力分布，避免因局部突變和扭轉(zhuǎn)效應而形成薄弱部位； </p><p>　　5.1.2.2宜具有多道抗震防線。 </p><p>　　5.2規(guī)則結(jié)構(gòu)的主要特征 </p><p>　　建筑及其抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的平面布置宜規(guī)則、對稱，并應具

17、有良好的整體性；建筑的立面和豎向剖面宜規(guī)則，結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度宜均勻變化，豎向抗側(cè)力構(gòu)件的截面尺寸和材料強度宜自下而上逐漸減小，避免抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度和承載力突變。 </p><p>　　規(guī)則結(jié)構(gòu)一般指：體型（平面和立面）規(guī)則，結(jié)構(gòu)平面布置均勻、對稱并具有較好的抗扭剛度；結(jié)構(gòu)豎向布置均勻，結(jié)構(gòu)的剛度、承載力和質(zhì)量分布均勻，無突變。 </p><p>　　5.3規(guī)則平面布置需滿足的要求 <

18、;/p><p>　　5.3.1結(jié)構(gòu)平面布置必須考慮有利于抵抗水平和豎向荷載，受力明確，傳力直接，力爭均勻?qū)ΨQ，減少扭轉(zhuǎn)的影響。在地震作用下，建筑平面要力求簡單規(guī)則，風力作用下則可適當放寬?？拐鹪O防的高層建筑，平面形狀宜簡單、對稱、規(guī)則，以減少震害。 </p><p>　　5.3.2在高層建筑的一個獨立結(jié)構(gòu)單元內(nèi)，宜使結(jié)構(gòu)平面形狀簡單、規(guī)則，剛度和承載力分布均勻。不應采用嚴重不規(guī)則的平面布置。

19、</p><p>　　5.3.3抗震設計的B級高度鋼筋混凝土高層建筑、混合結(jié)構(gòu)高層建筑，其平面布置應簡單、規(guī)則，減少偏心。 </p><p><b>　　6．結(jié)語 </b></p><p>　　近些年來，我國的高層建筑建設發(fā)展迅速。但從設計質(zhì)量方面來看，并不理想。在高層建筑結(jié)構(gòu)設計中，結(jié)構(gòu)工程師不能僅僅重視結(jié)構(gòu)計算的準確性而忽略結(jié)構(gòu)方案的具體

20、實際情況，應作出合理的結(jié)構(gòu)方案選擇。高層建筑結(jié)構(gòu)設計人員應根據(jù)具體情況進行具體分析掌握的知識處理實際建筑設計中遇到了各種問題。 </p><p><b>　　參考文獻： </b></p><p>　　[1]肖峻，高層建筑結(jié)構(gòu)分析與設計[J]，中化建設，2008. </p><p>　　[2]范小平，高層建筑結(jié)構(gòu)概念設計中相關(guān)的幾個問題應用分析[